Коррозия стекла что это

Устойчивость стекла к коррозии напрямую связанна с флюсами и их количеством которые были использованы при изготовлении стекломассы. Достоинство смеси пески и флюса состояло в легкости плавки. Однако получавшееся из нее стекло было мягким, и потому подверженным коррозии. В средние века в Европе в стекло из-за дороговизны и нехватки соды добавляли поташ (карбонат кадия) или золы сгоревшего дерева, например бука. Поташ или зола в отличии от соды намного ухудшала устойчивость стекла к коррозии.

Стекло с наибольшем количеством примесей подвержено наибольшему риску коррозии. Уже 40 % относительной влажности достаточно, что бы ионы кальция, натрия и других щелочных металлов заместились на ионы водорода. Гидроксильные ионы (ОН-) взаимодействуют с двуокисью кремния (SiO2), превращая ее в силикагель-аморфный материал, состоящий из небольших частиц двуокиси кремния. Наконец, после выщелачивания на поверхности стекла остается только двуокись кремния. С течением времени процесс коррозии идет все глубже и глубже. Внешняя поверхность начинает разрушаться. У археологических находок из стекла, лишь после высыхания поверхности становятся видны хрупкие и часто ирризированные слои продуктов коррозии. Как правило, эти слои ещё держатся на корродированном керне, но при малейшем прикосновении кисточкой могут легко осыпаться.

Кроме этого коррозия приводит к появлению трещин и микротрещин на поверхности стекла. Часто эти трещины идут в глубь стекла, что приводит к полному разрушению и разлому объекта.

Есть несколько видов коррозии стекла. Один из самых распространённых – так называемом поверхностная коррозия. Разрушение поверхности происходит слоями. В результате чего верхний слой отпадает пластинками. Такой вид коррозии протекает как правило по всей поверхности объекта.

Другой вид коррозии – так называемая пунктуальная коррозия. На поверхности стекла в местах, где находятся пузырьки вохдуха или маленькие выбоены появляются, как правило круглые полусферические очаги коррозии которые постепенно увеличиваются в диаметре и часто срастаются друг с другом. Иногда из этих мест в разные стороны расходятся трещины (лучевая коррозия). Поводом для появления очагов коррозии может послужить царапина. Если эта царапина довольно длинная, то и трещины вызванные коррозией будут появляться по всей протяженности царапины. Повреждённое стекло всегда более подвержено опасности коррозии, так как площадь для взаимодействия влаги увеличивается.

Источник

Консервация вместо реставрации

Михаил Сафронов

Причины разрушения стекла

Испытание временем не проходят для стекла бесследно. В зависимости от состава стекольной массы и вследствие долгого нахождения в земле, объекты из стекла подвержены различным разрушающим воздействиям. На поверхности стекла, в результате воздействия воздуха и воды, происходит коррозия. Вследствие этого оно мутнеет, изменяются его оптические и физические свойства. Давление почвы и рост корней приводят к механическим повреждениям, таким как трещины и разлом. Часто, изделия из стекла попадают в почву уже в разбитом состоянии.

Как известно, стекло является очень хрупким материалом. Часто, уже при изготовлении сосудов, в результате слишком быстрого охлаждения или недостаточного темперирования в стекле происходит напряжение. При не осторожном обращении такое стекло легко раскалывается.

А так же корни растений могут проникнуть в трещины и тем самым привести к разлому изделия из стекла.

Кроме этого надо ещё упомянуть те разрушения, которые связанны с неосторожным и не правильным извлечением предмета. В особенности сильно корродированное стекло требует правильного и оккуратного подхода. Преждевременное извлечение и последующие высыхание предмета из стекла приводит к необратимым разрушениям. О том, как извлекать хрупкое и сильноэродированное стекло я буду описывать в следующей главе.

Высыхания корродированного стекла

Стакан с эмалью нач. XVII в. был найден в клоаке в моностыре Святого Годехарда. Стакан был разбит на множество частей и выкинут. К сожалению удалось найти лишь 41 фрагмент (примерно 35 %).

Схематичное изображение поверхностной коррозии.

Схематичное изображение пунктуальной (круговой) коррозии.

Пунктуальной (круговой) коррозии стекла.

Источник

Почему бокалы белеют в посудомойке

Группа: Виноманы
Сообщений: 2813
Регистрация: 27.11.2009
Из: Израиль

Те, кто регулярно пользуется посудомойкой не могут не заметить, что через несколько лет (2-3 года) бокалы, которыми часто пользуются начинают по непонятной причине белеть. Не важно будь это бокалы для воды или вина, результат все тот же, бокалы утрачивают свою прозрачность и на них появляется неоднородный белый налет, который выглядит не особо эстетично.
У цветных бокалов сначала сходит цвет, а потом уже появляется налет.
Почему это происходит? Мне было интересно выяснить, поэтому решил открыть эту тему.

Понятно, что такое вряд ли происходит просто из-за воды, так как от мойки руками, даже горячей водой бокалы не белеют. Значит, что-то в моющем средстве портит бокалы.
Обычно в современных посудомойках как моющее средство используются таблетки, жидкость для блеска и соль для смягчения воды.
Налет на бокалах бывает двух видов, обратимый и необратимый.

Другая причина налета может быть из-за физического трения бокалов друг о друга в процессе мойки. Следует обратить внимание не ставить бокалы вплотную.

Коррозия стекла появляется не только как результат использования посудомойки, но и как результат неправильного хранения при высокой влажности (более 40%) и/или высокой температуре.

О коррозии стекла с химической точки зрения, советую почитать следующие статьи:

И еще, чуть не забыл. Сегодня все именитые и уважающие себя бренды выпускают посудомоечно-стойкое стекло (dishwasher-safe). Например бокалы таких брендов как Ридель (Riedel), Шпигелау (Spiegelau), Шотт Цвизель (Schott Zwiesel) и др. Обычно это отмечается на упаковке и на сайте производителя.

Источник

Что такое коррозия оконного стекла?

Когда заурядный человек слышит слово «коррозия», то у него, как правило, даже сомнений не возникает, что речь идёт о металле. Но, как оказывается, коррозии подвержены не только металлические изделия, но и обычное оконное стекло.

При покупке оконных конструкций, особенно – готовых, нужно обязательно знать, как выглядит этот дефект, чтобы не приобрести бракованное изделие, длительное время хранившееся в ненадлежащих условиях.

Что же такое «коррозия» стекла и как она выглядит?

Коррозия стекла – это необратимый налёт, проявляющийся в виде ухудшения прозрачности и изменения цвета (появление белых мутных пятен). Первые признаки появления коррозии на окне – это практически незаметная радужная плёночка, похожая на поверхность мыльного пузыря. Позже на её месте появляются помутнения, дымчатые пятна, которые невозможно отмыть.

Почему это происходит?

Почему это происходит?

Коррозия стекла может быть вызвана несколькими разными причинами. Наиболее распространённая – это длительное воздействие влаги на окно, например, в местности с частой дождливой погодой. Нередко коррозия может возникать или усиливаться в результате образования от взаимодействия с воздухом серосодержащих или азотосодержащих химических соединений. Если окно установлено в панельном доме, то причиной появления белых пятен на стекле может быть вымывающаяся дождями из бетона щёлочь или другие вредные атмосферные осадки.

Какова бы ни была причина, изменение структуры поверхности в результате разнообразных химических процессов приводит к изменению и заметному ухудшению внешнего вида стекла.

Как с этим бороться?

К сожалению, отмыть стекло от таких загрязнений, если они появились, уже не удастся, какие бы моющие средства вы не пробовали. Единственный выход – повторная полировка окна, которая заключается в аккуратном снятии тончайшего верхнего слоя стекла. Но сделать это в домашних условиях вряд ли у вас получится. Так что намного проще не допускать окно до такого плачевного состояния. Для это достаточно чаще его очищать и протирать от влаги.

Источник

Химическая коррозия стёкол в растворах реагентов

Первой группы

Реагенты первой группы вызывают удаление из поверхностного слоя щелочных компонентов путем гидролиза силикатов и последующего растворения гидроксидов. В общем случае протекает реакция:

Растворимые гидроксиды диффундируют в раствор, труднорастворимые – остаются на поверхности. Поверхностный слой отличается повышенным содержанием диоксида кремния SiO₂ и пронизан ультрадисперсными порами, заполненными продуктами гидролиза. При толщине поверхностного слоя δ > 50 нм скорость разрушения стекла замедляется.

При воздействие на стекло кислот (соляной, муравьиной, уксусной, азотной) в основном протекают те же процессы. При разбавлении кислот гидролиз усиливается, возрастает скорость перехода продуктов гидролиза в раствор. В результате образуется крупнопористый и толстый (δ ≈ 100 – 300 нм) защитный кремнезёмистый слой. Понижается химическая активность поверхности, электропроводность, коэффициент отражения. Тем не менее, прозрачность стекла остается высокой.

Подобным же образом действуют на стекло кислые газы, образующиеся сернокислотные или углекислотные соединения, которые легко смываются с поверхности. Если поверхность не омывается водой или раствором, то продукты реакции могут вызывать глубокие местные разрушения поверхности.

Особую осторожность следует проявлять при хранении листов стекла в ящиках, так как тонкие зазоры втягивают и удерживают влагу. Капли атмосферной влаги, растворяющие углекислый газ, при попадании между листами стекла вызывают интенсивную коррозию. Возникающий в ходе реакции щелочной раствор приводит к появлению изъянов в стекле.

По химической устойчивости к реагентам первой группы стёкла делятся на 5 гидролитических классов. Высокой химической устойчивостью обладает кварцевое стекло, боросиликатные стёкла (В₂О₃

В стёклах системы Ме₂О–SiO₂ коррозионная стойкость понижается от литиевых силикатов к калиевым. При наличии в стекле двух оксидов щелочных металлов (ΣМе₂О > 10мол.%) химическая устойчивость на 30-50% выше, чем при эквивалентном содержании одного из оксидов. Это эффект «двух щелочей», он наблюдается при изучении и других свойств, например, электропроводности.

Щелочно-земельные силикаты МеО-SiO₂ более химически устойчивы. Химическая устойчивость понижается в ряду: Be-Mg-Ca-Sr-Ba. Высокой химической стойкостью обладают цинкосодержащие стёкла. У свинецсодержащих стёкол низкая коррозионная стойкость. Катионы алюминия и бора повышают химическую стойкость, если встраиваются в кремнекислородную сетку.

Большинство промышленных стёкол относятся к III и IV гидролитическим классам. Более стойкими являются медицинское и химико-лабораторное стекла.

Защитные покрытия:прозрачные плёнки кремнийорганических соединений, фториды кадмия, оксиды алюминия и цинка. Для повышения химической стойкости стекла обрабатывают растворами кислот или выдерживают в атмосфере кислых газов.

Так как реагенты первой группы действуют на оксиды-модификаторы, расположенные в межтетраэдрических порах, то скорость коррозии замедляется со временем.

Воздействие на стекло реагентов второй группы.

Химическая полировка

Реагенты второй группы разрушают непосредственно кремнекислородный каркас. При этом полностью удаляются поверхностные слои стекла, скорость травления постоянна, толщина растворённого слоя пропорциональна времени действия раствора. Протекает следующая реакция:

Образуются стабильные анионы типа , , и соответствующие растворимые силикаты щелочных металлов.

Действие растворов щелочей на стекло усиливается в ряду:

NH₄OH – LiOH – NaOH – KOH.

Для основных гидрооксидов скорость растворения возрастает в ряду:

Карбонаты соответствующих металлов действуют сильнее, чем щёлочи.

Устойчивость стекла к реагентам второй группы определяют по потери массы на 100 см 2 поверхности образца при кипячении в 2Н растворе NaOH или в смеси 0,5Н раствора NaOH и 0,5Н раствора Na₂CO₃. Выделяют три класса стёкол (табл. 4.7).

Классы устойчивости стёкол к реагентам второй группы

Класс
Δm,	0–75	75–150	>150

Состав стёкол мало влияет на щёлочеустойчивость. Однако в целом кварцевое стекло более устойчивое по сравнению с многокомпонентными стёклами. Повышают стойкость оксиды циркония, олова, лантана. Растворы фосфатов разрушают силикатное стекло значительно сильнее щелочей.

Химическая устойчивость силикатных стёкол к реагентам второй группы примерно в 100 раз ниже, чем к реагентам первой группы (1,5 мг и 150 мг – максимальные значения потери массы). Под действие реагентов второй группы поверхность стекла становится матовой, а прозрачность уменьшается.

Действие плавиковой кислоты сводится к реакции:

Сущность химической полировки основана на разрушающем действии на стекло плавиковой кислоты. В производстве сортовых хрустальных изделий химическая полировка применяется для полирования рисунков алмазной резьбы, имеющих после гранения шлифованный вид. Химическая полировка стекла протекает при взаимодействии стекла со смесью плавиковой и серной кислот, из которых преобладающее влияние имеет плавиковая кислота. Вступая в реакцию со стеклом, она образует газообразный фтористый кремний и фториды металлов по следующей схеме:

При этом разрушается кремнекислородная основа стекла, и оксиды металлов, входящие в состав стекла, легче вступают в реакцию с образованной кремнефтористоводородной кислотой:

При химической полировке за счёт протекания этих и других реакций наблюдается растворение микронеровностей стекла, что приводит к получению прозрачной, блестящей поверхности изделий.

При химическом матировании к смеси плавиковой и серной кислот добавляют вещества, которые ограничивают растворение образующихся на поверхности стекла при травлении малорастворимых фторидов и фторосиликатов. Для матирования применяют фтористые или сернокислые соли щелочных металлов. На практике лучше всего оправдали себя кислые фториды аммония и калия. Грубая матовость получается при добавлении соли аммония, тонкая матовость – соли натрия. Рекомендуется следующее соотношение компонентов (по массе): 2 HF: К₂СО₃:6Н₂О.

4.9. Механические свойства стёкол

Упругость стекла

Упругостью называется свойство твердого тела восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия силы. Модуль нормальной упругости Е (модуль Юнга) определяет величину напряжений при деформировании тела (растяжении, сжатии). Удлинение Δl стержня длиной l c поперечным сечением S прямо пропорционально нагрузке Р и обратно пропорционально модулю упругости (в пределах применимости закона Гука).

; ; .

Чем выше модуль упругости, тем больше требуется нагрузка для достижения заданной деформации. Модуль сдвига G равен отношению касательного напряжения к углу сдвига и в пределах применимости закона Гука также является величиной постоянной. Модуль нормальной упругости Е связан с модулем сдвига G соотношением:

где μ – коэффициент Пуассона, равный отношению сужения стержня ΔS/S к его удлинению Δl/l.

Через Е и μ рассчитывается напряжение в двухслойных стеклах, спаях стекла с металлом, керамикой и другими материалами. Чем больше Е, тем меньше шансов у образца стекла выдержать деформацию при растяжении. Высокий модуль придает конструкции жесткость.

Внутреннее трение

Внутреннее трение определяет способность тела поглощать механические колебания. Затухание колебаний зависит от состава стекла, температуры, частоты колебаний, наличия напряжений и микронеоднородностей в стекле.

Читайте также: коэффициент квс в осаго что это такое
Внутреннее трение твердого силикатного стекла обусловлено собственными колебаниями Si–O каркаса и тех или иных структурных элементов и ионов между положениями равновесия.

Мерой внутреннего трения при низких частотах (0,1 – 100 гц) служит величина

,

В мегагерцевом диапазоне частот при длине волны λ о величине Q -1 судят по коэффициенту поглощения ультразвуковых волн α:

.

Внутреннее трение учитывается, прежде всего, при использовании стекла, как передающей упругой среды в ультразвуковой технике.

Прочность стекла.

Различают теоретическую и техническую прочность. Теоретическая прочность определяется прочностью связей между атомами в стекле. Техническая прочность лимитируется поверхностными и объемными дефектами стекла. Наибольшее влияние на техническую прочность оказывают поверхностные микротрещины. В зависимости от вида действующей нагрузки различают пределы прочности при растяжении, сжатии, изгибе, кручении, ударе.

Прочность при растяжении. Исходя из работы, которая необходима для образования двух новых поверхностей при появлении микротрещины, Орован получил для теоретической прочности следующее выражение:

,

где σ – поверхностное натяжение при комнатной температуре;

Е – модуль упругости;

а – расстояние между атомами.

Оценка значения Р_теор по этому уравнению для кварцевого стекла при а = 3,6 ∙ 10 -10 м, σ = 500 мН/м, Е = 73200 МПа составляет примерно 10000 МПа. Для листового стекла Р _теор = 7200 МПа. Техническая прочность силикатных стекол составляет 30-120 МПа. Как видно, техническая прочность стекла примерно на 2 порядка величины меньше теоретической.

Такое большое различие между теоретической и практической прочностью стёкол, согласно теории Гриффитса, объясняется наличием на их поверхности и в объёме микротрещин, посторонних включений и других дефектов. Они имеются во всех стёклах и являются концентраторами напряжений.

Прочность стекла в сильной мере зависит от размера образца. Это видно из приведенных ниже данных для прочности нитей разного диаметра из кварцевого стекла (табл. 4.8).

Изменение прочности стеклянной нити с её диаметром

Диаметр нити, мкм

Прочность на разрыв, МПа

Упрочнение стекловолокна с уменьшением диаметра нити связано с уменьшением площади поперечного сечения уравнением Вейбулла:

.

Эффект высокой прочности стеклянных волокон по сравнению с прочностью массивного образца обусловлен более изотропной структурой стекловолокна и высокой скоростью их охлаждения, что предотвращает образование опасных микродефектов и микротрещин на поверхности волокон в процессе их формирования.

Выдержка стекла при 100-150 о С в течение часа заметно снижает прочность, что связано со скрытой кристаллизацией образцов. Начало кристаллизации нитей (волокон) сдвигается в сторону меньших температур.

Способы упрочнения листового стекла:

— травление в плавиковой кислоте;

— закалка в воздушном потоке;

— закалка в жидкости;

— закалка с последующим травлением.

Обычное листовое стекло имеет прочность на изгиб 6÷8 кг/мм 2 ;

— после упрочнения – 50÷140 кг/мм 2 ;

— в сухой атмосфере и при тщательном предохранении от случайных повреждений – 300 кг/мм 2 ;

1. Жидкостная закалка в ультразвуковом поле;

3. Нанесение защитных покрытий.

В результате обработки прочность возрастает до 350-450 кг/мм 2 ;

Твёрдость стёкол

Твёрдость – это способность данного материала сопротивляться проникновению в него другого тела. В зависимости от способа проникновения различают прочность на вдавливание, абразивную твердость и др. Каждый из видов твёрдости может измеряться различными методами, причем значения твёрдости зависят от методов измерения.

Обычно измеряют микротвёрдость стекол. О микротвёрдости судят по размерам отпечатка, получаемого при вдавливании в стекло квадратной алмазной пирамидки с углом между гранями 136 о под нагрузкой до 200г.

,

Р – нагрузка в граммах;

L – длина диагонали отпечатка в микронах.

Твёрдость является сложной функцией от состава и не может быть рассчитана с помощью общих для различных стёкол коэффициентов и уравнений. Рассчитанная по приведённому уравнению микротвёрдость зависит также и от времени выдержки при вдавливании.

Хрупкость стёкол

Стекло – типично хрупкое тело. Хрупкость – свойство материала разрушаться без заметной пластической деформации. Пластичность и эластичность – свойства, противоположные хрупкости. Пластичность – способность к большим необратимым деформациям. Эластичность – способность к большим обратимым деформациям.

1. Гулоян Ю.А. Физико-химические основы технологии стекла. Владимир: «Транзит-ИКС», 2008. – 736 с.

2. Гулоян Ю.А. Технология стекла и стеклоизделий. Владимир: Транзит-Икс, 2003. – 480 с.

3. Горшков В.С., Савельев В.Г., Фёдоров Н.Ф. Физическая химия силикатов и других силикатных соединений. М.: Высшая школа, 1988. – 400 с.

5. Шульц М. М., Мазурин О. В. «Современные представления о строении стекол и их свойствах», Ленинград: Наука, 1988. – 197 с.

6. Странд З. «Стеклометаллические материалы», Москва: Стройиздат, 1988. – 254 с.

7. Петсольд А., Пешманн Г. «Эмаль и эмалирование», М.: Металлургия, 1990. – 572 с.

8. Аппен А. А. «Химия стекла», Л.: Химия, 1970. – 351 с.

9. Матвеев М. А., Матвеев Г. Н., Френкель Б. Н. «Расчеты по химии и технологии стекла», М.: Издательство литературы по строительству, 1972. – 240 с.

10. Герасимов В.В. Неорганические полимерные материалы на основе оксидов кремния и фосфора /Казанский инженерно-строительный институт, М., Стройиздат, 1993. – 296 с.

Источник